第一次模電講座課件

模電課總復(fù)習(xí)張雅麗ylzhang@期末考試時(shí)間：2016年1月14日上午考試內(nèi)容：第一章~第十章考試重點(diǎn)：第三~九章，課堂講述內(nèi)容考試形式：閉卷考試題型：填空、選擇、簡(jiǎn)答、計(jì)算成績(jī)組成：作業(yè)20分、課程設(shè)計(jì)10分、期中20分、期末50分答疑時(shí)間：考前兩天(具體地點(diǎn)模電課程組統(tǒng)一安排)模電課總復(fù)習(xí)基礎(chǔ)課——學(xué)科基礎(chǔ)課——專業(yè)基礎(chǔ)課——專業(yè)課——工程應(yīng)用——一.目標(biāo)明確方入(模擬電路基礎(chǔ))電子線路基本知識(shí)分析電路的方法設(shè)計(jì)電路的能力第1部分半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)(Chap.1,10)第2部分放大電路基本分析及仿真方法(Chap.2,5)第3部分模擬集成運(yùn)放構(gòu)成及特點(diǎn)(Chap.3,4,9)第4部分集成運(yùn)放(IC)的基本應(yīng)用(Chap.6,7,8)第5部分電子線路應(yīng)用設(shè)計(jì)(綜合訓(xùn)練)二.布局清晰而行模擬電路基礎(chǔ)(2)戴維寧定理、諾頓定理、疊加原理——(3)最大功率傳輸定理——1.電路分析基本定理：2.半導(dǎo)體器件典型應(yīng)用電路及其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)基本分析、仿真方法(1)KVL、KCL、L——三.儲(chǔ)備厚實(shí)則克3.模擬集成運(yùn)放單元電路、集成運(yùn)放線性化應(yīng)用基礎(chǔ)(負(fù)反饋技術(shù))集成運(yùn)放構(gòu)成的運(yùn)算、處理、產(chǎn)生、比較電路(開路比較法、估算法、圖解法、微變等效模型)常用的四種分析方法基于深度負(fù)反饋的“虛短、虛斷”Chap.1~2,5,10知識(shí)點(diǎn)串燒、經(jīng)典題解析張雅麗ylzhang@半導(dǎo)體二極管(Diode)、雙極型晶體管(BJT)、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)等半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用、放大電路頻率響應(yīng)→1.器件原理和基本伏安關(guān)系；2.基本功能；3.基本應(yīng)用；4.晶體管參數(shù)(交流模型參數(shù)與Q點(diǎn)之間的計(jì)算關(guān)系)；5.器件簡(jiǎn)化直流模型及其小信號(hào)等效模型；6.放大電路基本組態(tài)；7.放大電路的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分析、交流性能指標(biāo)的計(jì)算；8.放大電路頻率響應(yīng)基本概念Chap.1,2,5Diodes,TransistorsandTheirApplications半導(dǎo)體基礎(chǔ)(半導(dǎo)體材料、pn結(jié))自學(xué)，了解

2.半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用(Chap.10整流，穩(wěn)壓)

結(jié)構(gòu)、基本特性、伏安特性、交流等效模型；穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理及使用；不同種類二極管的工作原理3.晶體三極管

結(jié)構(gòu)、工作原理、三個(gè)工作區(qū)域狀態(tài)及特點(diǎn)、基本參數(shù)、特性曲線、溫度特性、低頻小信號(hào)模型、高頻小信號(hào)模型4.場(chǎng)效應(yīng)晶體管

結(jié)構(gòu)、工作原理、三個(gè)工作區(qū)域狀態(tài)及特點(diǎn)、基本參數(shù)、特性曲線、溫度特性；與BJT狀態(tài)及特點(diǎn)的異同、低頻小信號(hào)模型、高頻小信號(hào)模型Chap.1常用半導(dǎo)體器件⑴先將二極管斷開，確定二極管兩端電位差。⑵根據(jù)二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二極管是否導(dǎo)通，若為正電壓且大于閾值電壓則導(dǎo)通，否則為截止。⑶若電路出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上二極管，應(yīng)判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導(dǎo)通，再按照上面所講述的方法，判斷余下的二極管是否導(dǎo)通。一.電路中二極管狀態(tài)的判斷方法：開路比較法例：二極管電路如右圖所示，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓為0.7V，若U1=2V，U2=5V，求UO。

分析→

D2兩端電壓差大，先判斷是否導(dǎo)通D2導(dǎo)通，U0

=4.3V則D1截止開路比較法（判斷二極管的狀態(tài)）：二極管正偏最高端口電壓優(yōu)先，再啟用回路或結(jié)點(diǎn)方法對(duì)電路實(shí)施分析的一種方法。2.

估算法：將二極管用恒壓源近似，并根據(jù)二極管的材料性質(zhì)設(shè)定導(dǎo)通電壓UON值，后求解路中變量。估算法多用于靜態(tài)工作點(diǎn)電流ID求解。3.

模型法（交直流電路等效分析法）：將電路中的二極管用簡(jiǎn)化電路模型替代，利用簡(jiǎn)化電路直接分析求解。具體方法是：巧用開路、短路法，分別獲得電路的直流通路求解直流變量，獲得電路的交流通路求解動(dòng)態(tài)變量。4.

圖解法(負(fù)載線法)：利用二極管的伏安特性曲線與外電路所確定的負(fù)載線，用作圖的方法進(jìn)行求解。

二.常用的四種分析方法：二極管電路整流：利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通、外加反向電壓時(shí)截止的特性)。類型：半波整流、全波(橋式)整流2.

穩(wěn)壓：利用PN結(jié)反向擊穿特性(反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)PN結(jié)端電壓基本不變)。3.

其他：利用PN結(jié)的電容效應(yīng)制成變?nèi)荻O管?！?二極管的典型應(yīng)用：整流、穩(wěn)壓例：如右圖所示電路中，若理想穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UZ為8V，求電路輸出電壓UO。分析→關(guān)鍵分析Dz能否穩(wěn)壓，假設(shè)法經(jīng)判斷，圖中Dz不能穩(wěn)壓，UO

=[12/(2+2)]*2=6V設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓UO=6V的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。已知電源電壓UI=8~11V，負(fù)載電流IL=5~10mA。要求穩(wěn)壓管的最小工作電流是其最大工作電流的20%。例題：設(shè)計(jì)穩(wěn)壓管電路的任務(wù)是選取穩(wěn)壓管和限流電阻。解方程，得：ILIDZUI最小、IL最大時(shí)，IDZ最小UI最大、IL最小時(shí)，IDZ最大三.二極管的典型應(yīng)用：整流、穩(wěn)壓1.

判斷管腳的極性，依據(jù)：2.

判斷三極管的材料，依據(jù)：3.

判斷三極管的類型，依據(jù)：②中間電位對(duì)應(yīng)的管腳是基極B；③與中間電位相差約一個(gè)導(dǎo)通電壓UBE(ON)的管腳是發(fā)射極E。①三個(gè)電極的電位從低到高依次排序；四.三極管電極、材料和管型的判斷方法例：

在電子設(shè)備中測(cè)得某放大管三個(gè)管腳對(duì)機(jī)殼的電壓。解：（1）判斷管腳的極性。－11.5V（3腳）<0.1V（1腳）<0.78V（2腳）基極發(fā)射極集電極（2）判斷三極管的材料。（3）判斷三極管的類型。四.三極管電極、材料和管型的判斷方法⑴判斷發(fā)射結(jié)偏置狀態(tài)→斷開電路中的BJT：(2)判斷集電結(jié)偏置狀態(tài)→求基極與集電極接線處的電位差對(duì)于NPN型BJT，確定基極與發(fā)射極接線處的電位差，記為UBE；若UBE<UBE(ON)

，發(fā)射結(jié)未導(dǎo)通；IB=0；若UBE>0，發(fā)射結(jié)正偏；IB

0；若IB=0，則也可以采取斷開電路中的BJT的判斷方法，求出基極與集電極接線處的電位差，首先判斷是否為零偏，然后結(jié)合管型判斷集電結(jié)的偏置狀態(tài)。若IB

0，采用假定法判斷→假定放大法：求基極與集電極接線處的電位差；若集電結(jié)反偏，則假設(shè)成立，否則集電結(jié)正偏?！跋劝l(fā)射結(jié)，再集電結(jié)”判斷方法五.BJT發(fā)射結(jié)、集電結(jié)偏置狀態(tài)的判斷方法從電路中把晶體管拔掉，求出基極與發(fā)射極接線處的電位差，記為UBE。對(duì)于NPN管：若UBE<UBE(ON)

，則BJT一定處于截止?fàn)顟B(tài)，否則晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。六.BJT工作狀態(tài)的判斷方法“先判斷導(dǎo)或止，再判斷飽和否”BJT三個(gè)工作區(qū)：截止：e結(jié)未開啟放大：e結(jié)正偏開啟，c結(jié)反偏飽和：e結(jié)正偏開啟，c結(jié)正偏BJT直流模型晶體管導(dǎo)通，可能是飽和導(dǎo)通，也可能是放大導(dǎo)通。此時(shí)再通過(guò)計(jì)算晶體管的集射電壓UCE進(jìn)而計(jì)算出c結(jié)上的電壓UCB進(jìn)行判斷。若UCB<0，即c結(jié)反偏，則晶體管放大導(dǎo)通，反之，晶體管飽和導(dǎo)通。YesYesNoNoFET截止？假設(shè)FET處于恒流區(qū)按公式計(jì)算iD及uDS與假設(shè)矛盾？FET處于截止區(qū)FET處于可變電阻區(qū)FET處于恒流區(qū)求UGS，UGS<UGS(th)?ID=IDO(uGS/UGS(th)-1)2UDS<UDS(sat)=UGS-UGS(th)?增強(qiáng)型N-MOSFET七.FET工作狀態(tài)的判斷方法例：判斷圖中FET的工作狀態(tài)：

分析→

UGS(off)<UGS<0UDS>UGS(off)(1)穿透電流的測(cè)量方法：

分析→基極開路，C、E間接+VCC時(shí)，C、E間流通的電流(2)二極管交流電阻rd，……小知識(shí)點(diǎn)：(3)八.其他知識(shí)點(diǎn)Chap.1基本方程&公式1.PN結(jié)的伏安特性方程2.二極管的直流電阻RD，動(dòng)態(tài)電阻rd3.BJT電流iE、iB、iC關(guān)系4.FET夾斷方程E-FET放大區(qū)電流-電壓關(guān)系放大區(qū)電流-電壓關(guān)系(增強(qiáng)型)放大區(qū)電流-電壓關(guān)系(結(jié)型)放大電路及其性能表征

交流性能指標(biāo)，

主要有三個(gè)：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻2.放大電路的直流分析

目的(求Q點(diǎn))、方法(圖解/估算)；直流通路(偏置電路)、直流負(fù)載線3.放大電路的交流分析

基本放大電路的組成、分析方法(等效電路法)；五種基本組態(tài)放大電路分析及其性能；交流通路、交流負(fù)載線(圖解法<動(dòng)態(tài)范圍>)、(截止/飽和)失真分析Chap.2放大電路分析基礎(chǔ)1.必要性——合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，避免失真2.穩(wěn)定性——典型靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路3.計(jì)算Q點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q，IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ靜態(tài)工作點(diǎn)Q，UGSQ、IDQ、UDSQ一.靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置與計(jì)算221）直流偏置電路（即直流通路）要保證器件工作在放大狀態(tài)。（判斷發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的偏置）2）交流通路中觀察①信號(hào)能送入BJT②放大后信號(hào)能送到負(fù)載放大器能否正常工作取決于以下幾點(diǎn)：pp.138習(xí)題：2.1，2.14二.晶體管電路能否正常放大的判斷原則23RBRC+VCCuiuoT(a)VBBRBRC+VCCuiuoT(c)CRBRC+VCCuiuoT(b)解:(a)電路不能放大，基極沒有偏置電路，克服方法可在電源和基極間加電阻解決。

(b)不能放大，除沒有靜態(tài)工作點(diǎn)外，交流信號(hào)輸入時(shí)被電容短路了?？朔欧ㄊ羌悠?，并去掉電容。

(c)不能放大，交流時(shí)被VBB短路了，可以在VBB回路加電阻來(lái)解決。例:

放大電路如圖，電路中的電容器對(duì)輸入交流信號(hào)可視為短路，根據(jù)構(gòu)成放大電路的原則，試說(shuō)明下面的各種電路對(duì)交流信號(hào)有無(wú)放大作用，要說(shuō)明其理由。

24RCRBTC1C2+VCCuiuo(d)RBRBVCCusuoT(e)TC2RCRBuiuoC1RLVCC(f)C3(d)沒有基極電流,管子截止了。把基極電阻RB從電源改接到地。(e)不能放大，信號(hào)不能直接接管子的B-E之間，信號(hào)的負(fù)半周及小于導(dǎo)通電壓的正半周均將截止。信號(hào)輸入應(yīng)加隔直電容。(f)偏置沒有問題，但交流信號(hào)輸入時(shí)管子的集電極對(duì)地短路，即輸出對(duì)地短路。不能正常放大。討論→放大器的正常工作判別1.直流通路→計(jì)算放大器的工作點(diǎn)→作用：建立放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的放大偏置電路?！?dāng)放大電路處于靜態(tài)(us=0)時(shí)，直流電流流經(jīng)的通路。→畫法：①交流信號(hào)源置零（交流電壓源短路，2.交流通路→分析和計(jì)算放大器的交流指標(biāo)和動(dòng)態(tài)特性→當(dāng)放大電路處于動(dòng)態(tài)(us≠0)時(shí)，交流電流流經(jīng)的通路?！饔茫呵蠼涣髦笜?biāo)?！嫹ǎ孩僦绷髟粗昧悖ㄖ绷麟妷涸炊搪?，直流電流源開路）；②電容開路，電感短路（線圈電阻近似為0）交流電流源開路），但保留其內(nèi)阻；③電抗極大的小電容、大電感開路。②電抗極小的大電容、小電感短路；三.直流通路和交流通路Early電壓四.BJT和FET低頻小信號(hào)等效模型①畫出放大電路的直流通路→估算靜態(tài)工作點(diǎn)；②畫出放大電路的交流通路；③畫出放大電路的交流等效電路→④根據(jù)放大電路的交流等效電路，計(jì)算放大電路的交流指標(biāo)Au、Ri、Ro。在交流通路中，用三極管的

參數(shù)等效模型代替電路中的三極管。分析放大電路的原則：先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)1.BJT放大電路交流性能指標(biāo)的計(jì)算步驟五.交流性能指標(biāo)的計(jì)算①畫出放大電路的直流通路→計(jì)算IDQ；②畫出放大電路的交流通路；③畫出放大電路的小信號(hào)等效電路→④根據(jù)放大電路的小信號(hào)等效電路及各參數(shù)定義→計(jì)算放大電路的交流指標(biāo)Au/Aus

、Ri、Ro。在交流通路中，用MOSFET的小信號(hào)線性模型代替電路中的MOS管。計(jì)算小信號(hào)模型參數(shù)gm、rds；2.MOSFET電路分析的一般步驟五.交流性能指標(biāo)的計(jì)算①由直流通路估算靜態(tài)工作點(diǎn)；②由交流通路寫出交流負(fù)載線方程；③計(jì)算最大不截止失真幅度UCE(cut)和最大不飽和失真幅度UCE(sat)④最大不失真輸出電壓的峰值、有效值和動(dòng)態(tài)范圍分別為→并在輸出特性曲線平面上畫出交流負(fù)載線；六.估算BJT放大電路動(dòng)態(tài)范圍的一般步驟分析→例1.

如圖，已知=200，rbb’=100，圖中電阻單位為，

試求：靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ，UCEQ；交流性能指標(biāo)Au、Ri、Ro。例2.

如圖，已知gm

=5mS，rds

→，試求：交流性能指標(biāo)Au、Ri、Ro。分析→Ri

=RG+R1∥R2=5.04MRo=rdS∥RD≈20k例3.

圖示為共基放大電路，UBE=0.7V，

＝100，rbb’=200所有電容均可視為交流短路。求Au、Ri、Ro。解題思路及分析→關(guān)鍵是求出IEQuo+-RLuiRCi例4.

晶體管的

＝60，rbb’=100

。(1)設(shè)Us＝10mV(有效值)，問Ui＝？Uo＝？(2)若C3開路，則Ui＝？Uo＝？分析關(guān)鍵是求出Ui→例5.

ICQ＝2mA，UCES＝0.6V。問：RL＝和RL＝3k時(shí)，電路的最大不失真輸出電壓各為多少伏？解題過(guò)程→繪制交流負(fù)載線，空載時(shí)，交直流負(fù)載線重合；帶載時(shí)，交直流負(fù)載線不重合，(1)穿透電流的測(cè)量方法：

分析→基極開路，C、E間接+VCC時(shí)，C、E間流通的電流(2)某放大電路的直流通路如圖所示，設(shè)UBE=0.7V，=50，求UO。小知識(shí)點(diǎn)(1)(1)BJT中多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與導(dǎo)電，所以BJT稱為雙極型晶體三極管；FET中只有一種載流子參與導(dǎo)電，所以FET稱為單極型晶體三極管；BJT為電流控制器件(CCCS)，F(xiàn)ET為電壓控制器件(VCCS)。小知識(shí)點(diǎn)(2)(2)在BJT放大電路中，直流電源作用主要有兩個(gè)：1)為放大管提供合適的偏壓及偏流；2)提供放大電路能量轉(zhuǎn)換的來(lái)源。(3)CC放大電路的特點(diǎn)：1)AU≈1，輸出與輸入基本相等，且同相；2)輸入電阻大；3)輸出電阻小。(4)基極分壓式偏置電路穩(wěn)定Q點(diǎn)的穩(wěn)定過(guò)程如下：T↑→IC↑→IE↑→UE↑而UB不變→UBE↓→IB↓→IC↓(1)常溫下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子由本征激發(fā)而產(chǎn)生，多子主要由雜質(zhì)原子而產(chǎn)生。(2)把PN結(jié)外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通、外加反向電壓時(shí)截止的特性叫做單向?qū)щ娦浴?3)BJT工作在放大區(qū)的偏置條件是發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。(4)為了反映放大電路各方面的性能，常分析的主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)有：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、最大不失真輸出電壓以及輸出功率效率等。(5)對(duì)于由三極管組成的放大電路而言，就其輸入回路和輸出回路的公共端不同，可以組成共射(CE)、共集(CC)和共基(CB)三種組態(tài)基本放大電路。小知識(shí)點(diǎn)(3)(1)分析放大電路時(shí)，應(yīng)遵循先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)

的原則，求解靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)應(yīng)利用直流通路，求解動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)應(yīng)利用交流通路。(2)放大電路中出現(xiàn)飽和失真和截止失真的原因是靜態(tài)工作點(diǎn)不合理以及輸入信號(hào)幅度大。(3)復(fù)合管的組成原則(4)……(5)……小知識(shí)點(diǎn)(4)Chap.2基本方程&公式1.交流性能指標(biāo)2.小信號(hào)模型中的交流參數(shù)FET的跨導(dǎo)發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)電阻造成低頻段增益下降的主要因素：電路中的外部電容(耦合電容、旁路電容等大電容)

造成高頻段增益下降的主要因素：電路中的內(nèi)部電容(PN結(jié)電容、分布電容等小電容)頻率失真和非線性失真的異同：Chap.5放大電路的頻率響應(yīng)相同點(diǎn)→都表現(xiàn)為輸出波形的畸變差異→非線性失真的輸出信號(hào)中增加了新的頻率成分頻率失真的輸出信號(hào)中沒增加新的頻率成分頻率失真：不同頻率的信號(hào)通過(guò)R、C、L等線性元件時(shí)，因增益隨頻率變化而導(dǎo)致的不同頻率信號(hào)分量的放大倍數(shù)和相位延遲不同；輸入信號(hào)的頻率范圍與放大電路通頻帶不符合。

非線性失真：信號(hào)通過(guò)電路中的非線性元件，如非線性區(qū)的BJT和MOS等而引起的。產(chǎn)生原因→等效電路增益表達(dá)式